主题一 6 实验 动量守恒定律的验证课件 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）

这是一份主题一 6 实验 动量守恒定律的验证课件 2027届高三物理一轮复习（浙江专版），共39页。PPT课件主要包含了「学习目标」，实验解读·科学探究，典例说明·精讲研析，m1LDm1LC+，m2LE等内容，欢迎下载使用。
1.验证碰撞中的动量守恒,明确基本实验思路和方案。2.掌握在同一条直线上两个物体碰撞前后速度的测量方法。3.了解实验数据的处理方法。4.体会将不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。
一、实验原理1.为了使问题简化,这里研究两个物体的碰撞,且碰撞前两物体沿同一直线运动,碰撞后仍沿这一直线运动。2.设两个物体的质量分别为m1、m2,测出碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1′、v2′,如果速度与我们规定的正方向相同则取正值,相反则取负值。3.根据实验测出的数据,求出两物体碰前动量 p=m1v1+m2v2,碰后动量p′=m1v1′+m2v2′,看p与p′是否相等,从而验证动量守恒定律。
二、实验方案方案一:研究滑块在气垫导轨上碰撞时的动量守恒1.实验器材气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等。气垫导轨装置如图1所示,由导轨、滑块、挡光片、光电门等组成,在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图2所示,图中气垫层的厚度放大了很多倍),这样大大减小了由摩擦产生的影响。
2.实验步骤(1)调节气垫导轨使其水平。是否水平可按如下方法检查:打开气泵后,导轨上的滑块应该能保持静止。(2)按说明书连接好光电计时器与光电门。(3)如图甲所示,在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架。将两滑块分别从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞,碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门,光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度。测出它们的质量后,将实验结果记入相应表格中。
(4)如图乙所示,在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间,装有撞针的滑块从一侧经过光电门后与另一滑块碰撞,碰撞时撞针插入橡皮泥中,之后一起运动经过另一光电门,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入相应表格中。
(5)如图丙所示,把中间夹有轻质压缩弹簧的两滑块置于光电门中间保持静止,并用细线将两滑块固定。烧断细线,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入设计好的表格中。
3.数据测量(1)质量的测量:用天平测量。
4.数据处理实验数据记录表
实验结论:碰撞前后两滑块的动量之和保持不变。
5.注意事项(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。轨面的直线度、光滑度、滑行器内角及表面的平面度都有较高要求,切忌震动、重压,严防碰伤和划伤,绝对禁止在不通气的情况下将滑块放在轨面上滑磨。(2)实验前要检查气孔是否通畅。若有小孔被堵塞,滑块运动到该处就会受到影响。此时,应该用细钢丝(直径小于0.5 mm)捅开。
(3)滑块的运动速度不宜过慢,否则容易受到外界因素(如室内气流)的影响。一般来说,滑块的运动速度应大于50 cm/s。(4)导轨使用时应安放在结实、牢固的实验台上,若实验台单薄,则会影响导轨调平。(5)导轨应处在清洁干燥的环境中,长期不用时应用塑料套遮盖,防止灰尘。(6)为保持进入气源的空气干净清洁,实验时不要将气源放在地上。为了不使气源的振动影响滑块的运动,也不要把气源与导轨放在同一实验台上。(7)气源连续使用一般不要超过90 min。
方案二:研究小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒1.实验器材铁架台,斜槽轨道,两个大小相等、质量不同的小球,铅垂线,复写纸,白纸,天平,刻度尺,圆规,三角板等。2.实验的基本思想——转化法将不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。
3.实验步骤如图甲所示,将一质量较小的小球静置于斜槽末端,然后由静止释放一个大小相同但质量较大的小球,使其从斜槽滚下与之碰撞,之后两小球都做平抛运动。
4.数据测量(1)质量的测量:用天平测出两小球的质量m1、m2,并选定质量大的小球为入射小球(m1)。(2)速度的测量:由于两小球下落的高度相同,所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此,只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离lOP,以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离lOM和lON。
5.数据分析若在实验误差允许的范围内,m1lOP=m1lOM+m2lON,即可验证动量守恒定律。6.注意事项(1)入射小球、被碰小球的球心需在等高处,即两小球的半径应该一样大。(2)斜槽末端的切线必须水平。(3)入射小球每次都必须从斜槽上同一高度由静止释放。(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录白纸的位置要始终保持不变。
类型一　研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
[典例1] 某实验小组采用如图所示实验装置做验证动量守恒的实验,气垫导轨置于水平桌面上,导轨上安装G1和G2两个光电计时器,A、B均为带有挡光片的弹性滑块,两挡光片沿运动方向的宽度相同,实验过程如下:①调节气垫导轨成水平状态;②轻推滑块A,测得A的挡光片通过光电计时器G1的挡光时间为t1;③A与B相碰后,滑块B和A的挡光片先后经过光电计时器G2的挡光时间分别为t2和t3。
回答下列问题:(1)在调节导轨水平时,只放上滑块A,并利用弹射装置使其向右运动,若滑块A经过光电计时器G1的挡光时间　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)经过光电计时器G2的挡光时间,则说明导轨水平。 
解析:(1)若导轨水平,则滑块在导轨上做匀速直线运动,通过两个光电计时器的速度相等,所以滑块A经过光电计时器G1的挡光时间等于经过光电计时器G2的挡光时间。
(2)为验证滑块A、B碰撞过程中动量守恒,除了上述已知条件,还必须测量的物理量有　　　　。 A.两个光电门之间的距离LB.A、B两滑块(包含挡光片)的质量m1、m2C.挡光片的宽度d
(3)利用所测物理量的符号表示动量守恒的式子为　　　　　　。如果还满足表达式　　　　　　,即说明两滑块碰撞时无机械能损失。 
类型二　研究小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒
[典例2] (杭州)某学习小组用如图甲所示的装置来验证碰撞中的动量守恒。先使入射小球从斜槽上固定位置S点由静止释放,在水平地面的记录纸上留下落点痕迹,重复10次,得到10个落点。再把被撞小球放在水平槽上的末端,让入射小球仍从位置S由静止释放,与被撞小球碰撞,碰后两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复10次。
(1)假设实验室中有三个小球:A球(直径d1=2 cm,质量m1=33 g,铁质)、B球(直径d2=2 cm,质量m2=11 g,铝质)、C球(直径d3=3 cm,质量m3=38 g,铝质),则入射小球应该选取球　　　　(选填“A”“B”或“C”)。 
解析:(1)为防止入射球碰后反弹,入射球的质量要大于被碰球,同时为了保证两球发生正碰,两球半径必须相等,则入射球选A。
(2)多次实验,小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下多个印迹。如果用画圆法确定小球的落点,有如图乙所示的三个圆,最合理的是圆　　　　(选填“A”“B”或“C”)。 
解析:(2)为了确定小球的落地点,将小球的多个落地点用尽量小的圆圈起来,圆心即为平均落地点位置,则题图乙所示的三个圆最合理的是圆C。
(3)上述实验时,将米尺的零刻线与O点对齐,测量出O点到三处平均落地点的距离分别为OM、OP、ON,要验证的关系式为　　　　　　　 　(用m1、m2、m3、OM、OP、ON表示)。 
m1OP=m1OM+m2ON
解析:(3)要验证的关系为m1v0=m1v1+m2v2,小球做平抛运动时间相等,则表达式可为m1v0t=m1v1t+m2v2t,即m1OP=m1OM+m2ON。
类型三　实验拓展与创新
[典例3] (实验器材的创新)(温州)某同学用图甲所示装置通过M、N两弹性小球的碰撞来验证动量守恒定律。图甲中A是斜槽导轨,固定在水平桌面上,斜面BF顶端B点与斜槽导轨的水平末端相接。实验时先使M球从斜槽上某一固定位置静止释放,落到斜面上时在记录纸上留下痕迹,重复上述操作10次,得到M球的10个落点痕迹,如图乙所示,刻度尺贴近斜面且零刻度线与B点对齐。再把N球放在斜槽导轨水平末端,让M球仍从原位置静止释放,和N球碰撞后两球分别在斜面记录纸上留下各自的落点痕迹,重复这种操作10次。(不考虑小球对斜面的二次碰撞)
(1)为了更精确地做好该实验,要求两个碰撞小球的半径相等,M球的质量　　　　(选填“小于”“等于”或“大于”)N球的质量。 
解析:(1)为了保证碰撞后入射小球不反弹,应使M球的质量大于N球的质量。
54.2(53.7~54.7)
(3)若利用天平测出M球的质量m1,N球的质量m2,利用刻度尺测量平均落点位置C、D、E到B的距离分别为LC、LD、LE,由上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是  (用所给物理量的字母表示)。
(4)如果两球碰撞过程满足机械能守恒,则需要验证的表达式为  (用所给物理量的字母表示)。
[典例4] (实验原理的创新)某同学用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。长木板的一端垫有小木块,可以微调木板的倾斜程度,使小车能在木板上做匀速直线运动。长木板的顶端安装着位移传感器,可以测量小车A到传感器的距离x。
(1)现将小车A紧靠传感器,并给小车A一个初速度,传感器记录了x随时间t变化的图像如图乙所示,此时应将小木块水平向　　　(选填“左”或“右”)稍微移动一下。 
解析:(1)题图乙中图线斜率减小,说明小车A做减速运动,可知应将所垫小木块水平向左稍微移动一下,以使小车A在斜面上能做匀速运动。
(2)调整好长木板后,让小车A以某一速度运动,与静止在长木板上的小车B(后端粘有橡皮泥)相碰并粘在一起,导出传感器记录的数据,绘制x随时间t变化的图像如图丙所示。
(3)已知小车A的质量为0.4 kg,小车B(连同橡皮泥)的质量为0.2 kg,由此可知碰前两小车的总动量是　　　kg·m/s,碰后两小车的总动量是　　 kg·m/s。若在误差允许的范围内,两小车碰撞前后总动量相等,则碰撞前后动量守恒。(结果均保留两位有效数字)